1.1土木工程测量学的任务
一、测量学的概念：
测量学是研究如何测量地球或地球局部区域的形状并把测量结果用数据或图形表示出来的科学。测量学研究的对象是地球。
二、测量学的分类：
按照测量的对象和任务不同，测量学主要分为以下几种：
（1）大地测量学：主要是建立国家级大范围的控制网.
（2）普通测量学：主要是建立小范围的控制网，在小地区内进行一些测量可以不考虑地球曲率的影响。
（3）工程测量学
（4）摄影测量学：利用摄影来进行测图，主要研究对象是利用各种仪器所获得的图像信息，经过室内分析及处理投摄的影像转换成正投影图。
（5）海洋测量学：属于水下测量，其测量方法和手段和陆地截然不同。
（6）地图制图学：是研究各种地图的制作理论、工艺技术和应用的学科。
三、工程测量的主要任务：
（1）工程控制网的建立（2）地形测绘（3）施工放样（4）设备安装（5）竣工测量（6）变形观测
1.2地面点位的确定
大地水准面的概念：
（1）水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。
重力：地球吸引力与地球自转产生的离心力这两个力的合力称为重力。
（2）大地水准面：我们设想把平均静止的海水面向陆地延伸而形成的封闭曲面，称为大地水准面。
（3）大地水准面的有关说明：
a大地水准面是一个略有起伏的不规则曲面。b大地水准面上处处与铅垂线方向垂直。
c大地水准面所包围的球体可以代表整个地球形状d大地水准面是测量学的基准面，铅垂线是测量学的基准线。
（4）水平面：与水准面相切的平面称为水平面。
确定地面点位的方法：
1、确定地面点位的要素：
a点到大地水准面的铅垂距离，即绝对高程。b点在大地水准面上的投影位置,即坐标。
2、地面点的高程：分为绝对高程和相对高程两种。
（1）绝对高程：点到大地水准面的铅垂距离，称为绝对高程。用H表示，今后提到的高程一般指绝对高程。
（2）相对高程：地面点到任一高程基准面的铅垂距离，称为相对高程。
（3）我国的高程基准：称为“1985年国家高程基准”，即根据青岛验潮站1952年—1979年搜集的统计资料计算出的平均海水面作为高程零点，由此测得青岛水准原点高程为72.260米，称为1985年国家高程基准。
地面点的平面位置
（1）地理坐标：即经度和纬度。（2）高斯平面直角坐标系。（3）独立坐标系。
高斯平面直角坐标系
建立高斯平面坐标系的步骤：
（1）分带：沿赤道一圈每隔6度或3度分一带，共分60带或120带。
（2）投影：中央子午线：每一带最中间的那根子午线，称为该带的中央子午线。用一个大圆柱去套地球，要求大圆柱要和中央子午线相切，假设在地心放一个点光源，把地球表面的每一带投影到圆柱面上。投影后，再把圆柱面展开铺平，中央子午线作为坐标纵轴即x，赤道作为横轴即y轴，交点为坐标原点O。为了使地面上的点位和坐标建立起一一对应关系，规定在横坐标值即y值前面加上带号。
注：我国的高斯平面坐标系：我国处在北半球即赤道以北，所以x坐标均为正值，但y坐标有正有付，为了使y坐标均为正值，规定x轴向西平移500公里。
独立的平面直角坐标系
当测区范围较小，且测量结果不与国家、地区控制网对应，可采用独立的平面直角坐标系，规定x轴为纵轴，指向北，y 轴为横轴，为了使整个测区各个点的坐标不出现负值，通常把原点选在测区的西南角。
1.3用水平面代替水准面的限度
一、对水平距离的影响：当距离为10km时，用水平面代替水准面所
产生的距离误差为0.82cm，相对误差为1：220000，误差可以忽略不计。因此，在半径为10km的范围内进行距离测量工作时，用水平面代替水准面所产生的误差可以忽略不计。
二、对水平角的影响：对于面积为100km2范围内的多边形，用水平面代替水准面时，在一般测量工作中，对角度的影响可以忽略不计。
三、对高程的影响：进行高程测量中，即使在很短的距离内也必须考虑地球曲率的影响。
1.4测绘工作的基本原则
一、测量工作的基本内容：
高差测量、水平角测量、水平距离测量是测量工作的三项基本内容。又称为三项基本测量工作。
二、测量工作的基本原则：
1、从整体到局部，先控制后碎部，由高级到低级。
2、前一步测量工作未作检核，绝不进行下一步测量工作。
三、测定和测设的概念：
1、测定：把地面上原有的点、建筑物的平面位置在地形图上标定出来，这一过程称为测定。
2、测设：把地形图上设计好的点、建筑物的平面位置和高程在地面上标定出来，这一过程称为测设。
2水准仪及水准测量
水准测量的目的：通过测量地面上两点之间的高差h，根据已知点的高程求算未知点的高程。
2.1水准测量的原理
一、水准测量原理：水准测量是利用水准仪所提供的水平视线测定两点间高差的一种方法。
二、水准测量的有关专业术语：
注：水准测量具有方向性，若测AB之间的高差，一定是从A侧到B。
（1）后视点A，前视点B（2）后视读数a，前视读数b（3）视线高程Hi
（4）测站：安置仪器的地方称为测站。
2.2水准仪的基本构造及使用
水准测量的仪器为：水准仪，工具有：水准尺和尺垫。
我国生产的水准仪有很多种，我们只介绍DS3型微倾水准仪，也是比较常用的一种水准仪，其中D和S分别是大地测量和水准仪的汉语拼音的第一个字母，下标3表示仪器的精度等级，数字越小，精度越高。
一、 DS3型微倾水准仪的构造：
水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成
1、望远镜：
作用：瞄准水准尺，并对水准尺进行读数。
构成：物镜、对光透镜、物镜对光螺旋、十字丝分划板、目镜、目镜对光螺旋
视准轴：十字丝交点和物镜光心的连线，称为视准轴。物镜：由一组透镜组组成
作用：把远处目标的像反映到望远镜的镜筒内。目镜：也是由一组透镜组成
作用：是将物镜所成的实像放大成为虚像，DS3型微倾水准仪放大率一般不小于28倍。
十字丝分划板：是安装在目镜筒内的一块平板玻璃，上面刻有两条垂直的长丝，称为十字丝，分别叫做竖丝、横丝（也叫中丝），水准仪读数一般为中丝读数。在中丝的上下还刻有两条对称的短丝，称为视距丝，作用可以读取距离。
对光透镜和物镜对光螺旋：两者的主要作用是通过调节物镜对光螺旋从而使对光透镜移动，从而使目标的像落在十字丝分划板上。
水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成。2、水准器：水准器是水准仪上一个重要部件，主要是用来整平仪器和视准轴是否处于水平位置。水准器有圆水准器和管水准器两种。
（1）圆水准器：
a构造：圆水准器是一个密封的玻璃圆盒，盒内装有乙醇和乙醚的混合液，加热熔封而成，冷却后留有圆形气泡。
b圆水准器零点：圆水准器的对称中心，称为圆水准器零点。c圆水准器轴：过零点的球面法线称为圆水准器轴。作用：圆水准器气泡居中是仪器粗略整平的标志。
（2）管水准器：
a构造：是一个玻璃管，内壁磨成具有一定半径的圆弧，管内装有乙醇和乙醚的混合液，加热熔封而成，冷却后留有气泡。
b管水准器零点：管水准器上表面的对称中心，称为管水准器零点。
c管水准器轴：过零点的球面切线，称为管水准器轴。
d符合水准器：在管水准器上安装有一组棱镜，通过棱镜的反射，将气泡两端的影像同时反映到目镜旁的观察窗内，若两端的影像符合时，则表示气泡居中，反之，则不居中，这种设有棱镜组的水准器，称为符合水准器。
作用：符合水准器气泡居中是仪器精确整平的标志。
水准仪由望远镜、水准器、基座三部分构成。3、基座：基座由轴座、脚螺旋、连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，脚螺旋用来调节圆水准器使圆气泡居中。整个仪器通过连接板连接螺旋与三脚架相连接。
4、水准仪上各种螺旋的名称及其作用：
共有六种螺旋，分别是
物镜对光螺旋：使远处目标的像清晰。
目镜对光螺旋：使十字丝清晰。
脚螺旋：使圆水准器气泡居中。
制动螺旋：固定或松开望远镜。
微动螺旋：使望远镜左右微微摆动。
微倾螺旋：使管水准器气泡居中。
二、水准尺：
水准尺有塔尺和双面尺两种。用优质的木材、铝合金或玻璃钢制成。
1、塔尺：用优质木材制成，由两或三节套接而成，尺的底部为零点，尺上刻有黑白相间的分划，每分划为1厘米。
2、双面尺：又称红黑面尺，尺长3米，两根为一对，尺子两面均有分划，黑面分划为基本分划，底部起点为零，红面分划为辅助分划，底部起点不为零。
三、水准仪的使用：
主要讲使用步骤：共分五步。
安置仪器，粗略整平，瞄准水准尺，精确整平，读数
1、安置仪器：把水准仪安置在脚架上并拧紧连接螺旋。
